Положение стволов скважин в пространстве, понятие об их искривлении

Положение устья скважины, т. е. точка её заложения, всегда может определяться координатами х0, Уо, -о? полученными путем топографической или маркшейдерской съемки. При известных значениях координат устья скважины положение оси (её координаты) прямолинейной скважины определяется начальными зенитным - 0 и азимутальным углами - а.

Зенитный угол 0 (зенит - фр. zenith - точка небесной сферы) - угол между вертикалью и осью скважины в заданной точке. Замеряется зенитный угол строго в апсидалъной плоскости, поэтому при проецировании траектории ствола на любую другую вертикальную плоскость зенитный угол отображается с отклонением от истинного значения. При искривлении скважины возможно увеличение (выполаживание) или уменьшение (<выкручивание) зенитного угла.

Азимутальный угол а (азимут - араб, as-simut - путь) - угол, определяющий направление ствола наклонной скважины относительно стран света и замеряемый по часовой стрелке между направлением на север (на схемах обозначено Nord) и осью скважины (апсидальной плоскостью) в заданной точке. Возможно определение а на проекции ствола скважины на горизонтальную плоскость между линиями, определяющими направление на север и проекцию ствола скважины на горизонтальную плоскость. При искривлении скважины азимутальный угол может уменьшаться (искривление влево) или увеличиваться (искривление вправо).

В геологической документации скважины изображаются в виде проекции её оси на вертикальные (изображение на геологическом разрезе - профиль скважины) и горизонтальную (на геологической карте - инклино- грамма или план скважины) плоскости (рис. 1.1).

Графическое изображение скважины в декартовой системе координат

Рис. 1.1. Графическое изображение скважины в декартовой системе координат: 1 - инклинограмма (план скважины); 2 - ось скважины (пространственная траектория); 3 - профиль скважины на плоскости YOZ; 4 - профиль скважины на плоскости XOZ

Координаты любой точки оси ствола прямолинейной скважины (в декартовой системе координат) можно определить по формулам

Положение траекторий скважин определяют по данным инклино- метрических замеров, проводимых в стволе через интервалы определенной длины (обычно 5, 10, 20, 40 или 50 м). В каждой точке на определенной глубине измеряют зенитный - 0 и азимутальный углы - а.

Практика буровых работ показала, что все скважины в процессе бурения искривляются в той или иной мере. Если искривление скважины происходит самопроизвольно, то такое искривление называется естественным, если осуществляется преднамеренно, с целью решения какой-либо технической задачи, то искусственным.

Если в процессе искривления происходит изменение только зенитного или азимутального угла, то такое искривление называется плоским.

Если скважина при изменении азимута сохраняет свой зенитный угол, то её трасса получает вид спирали, а при постоянной интенсивности азимутального искривления - вид винтовой линии.

Изменение угла искривления (зенитного или азимутального) на определенном интервале / называется приращением искривления на интервале / (Да или Д0).

Отношение приращения зенитного или азимутального искривления на интервале к длине этого интервала называется интенсивностью искривления по зенитному или азимутальному углам.

Согласно схеме (рис. 1.2) интенсивность искривления на участке АВ составит следующее значение:

Общий угол искривления скважины, определяемый в соответствии со схемой (рис. 1.2), будет равен сумме углов 0О + 0i + 02-

Интенсивность искривления (кривизна скважины) I - однонаправленное изменение пространственного угла искривления скважины на определенном интервале ствола.

Схема определения зенитного искривления и кривизны скважины

Рис. 1.2. Схема определения зенитного искривления и кривизны скважины

Интенсивность искривления идентична понятию «кривизна», используемому в математике.

Кривизна линии определяется отношением угла А0 поворота касательной, приходящейся на единицу пути, пройденной касательной из точки И в точку В (рис. 1.2), к длине этой дуги AL. Таким образом, кривизна дуги АВ

В направленном бурении для определения интенсивности искривления используется кривизна дуги окружности, например, радиуса R (рис. 1.2).

Кривизна дуги окружности и радиус кривизны дуги окружности - взаимообразные величины:

Радиус кривизны скважины - величина, обратная кривизне или интенсивности искривления скважины и определяемая как радиус дуги окружности, кривизна которой тождественна кривизне участка ствола скважины.

При расчете интенсивности искривления возможны следующие варианты:

  • • изменяется только зенитный угол;
  • • изменяется только азимутальный угол;
  • • изменяются одновременно и зенитный, и азимутальный углы.

В первом случае интенсивность искривления можно определить по формуле (1.2), во втором - по формуле (1.3). В третьем случае для расчета интенсивности искривления первоначально определяют приращение пространственного угла искривления на интервале ствола скважины, используя формулу А. Лубинского:

где 0/, 0,-1, а,, (Х/-Н - значения зенитных и азимутальных углов в начале и конце рассматриваемого интервала скважины, град; 0Н, 0К - зенитные углы соответственно в начале и в конце рассматриваемого интервала скважины, град.

Найдя приращение полного угла искривления, можно определить среднюю интенсивность искривления на интервале

а затем величину среднего радиуса кривизны, используя аналитическую связь кривизны и радиуса кривизны скважины:

Определение отхода забоя скважины или любой другой точки на оси скважины от вертикали или от проектной трассы на какой-то определенной глубине производят по формуле

где Х3, Y3, Z3 - координаты забоя или иной точки на оси скважины, м; Хпр, jFj-ф, Znp - координаты пересечения проектной трассы скважины (вертикали) с выбранной плоскостью, которой может являться либо плоскость рудного тела, либо горизонтальная плоскость, м.

Для определения координат забоя скважины рекомендуется использовать следующие формулы:

где Х0, Уо? Z0 - координаты устья скважины, м; / - шаг инклинометрических замеров, м; 0„ а, - зенитный и азимутальный углы, замеренные на /-м интервале ствола скважины, град.

Шаг инклинометрических замеров при бурении нефтяных и газовых скважин может составлять 20-30 м при искривлении скважин отклонителями, например, для исправления угла наклона или азимута и 200-300 м при стабилизации направления ствола скважины для оценки степени естественного искривления ствола.

Координаты забоя определяются путем суммирования полученных значений координат X, Г и Z:

Интенсивность искривления и радиус кривизны рассчитывают на одном интервале ствола скважины, имеющего искривление одного направления.

По полученным значениям координат ствола скважины строят профиль (рис. 1.3, а) и инклинограмму скважины (рис. 1.3, б).

Для определения параметров пространственной ориентации ствола скважины важным является знание положения апсидальной плоскости.

Апсидальная плоскость (греч. haps is - свод) - вертикальная плоскость, проходящая через заданную точку на оси ствола наклонной скважины и при этом касательная к ней в том случае, если ось ствола скважины имеет кривизну. Если участок ствола скважины прямолинеен, апсидальная плоскость пересекает ось скважины (рис. 1.4).

Профиль и инклинограмма (план) скважины

Рис. 1.3. Профиль и инклинограмма (план) скважины

Графическое определение апсидальной плоскости

Рис. 1.4. Графическое определение апсидальной плоскости

Апсидальная плоскость совпадает с направлением бурения скважины в заданной точке, а поэтому азимутальный угол замеряется между направлением на север и апсидальной плоскостью в заданной точке по направлению движения часовой стрелки.

Важным дополнением к определению апсидальной плоскости является то, что любой отвес, помещенный в заданную точку на оси ствола скважины, будет занимать положение строго в апсидальной плоскости, что практически используется в приборах (инклинометрах) при измерении параметров, характеризующих положение скважины в пространстве (инкли- неметрические замеры), а также в механизмах и приборах (ориентаторы, телеметрические системы) для ориентирования отклонителей. При измерениях искривления и ориентировании отклонителей апсидальная плоскость выполняет функцию репера (франц. гереге - знак, исходная точка, используется в геодезии) - плоскости, относительно которой начинают отсчет углов установки отклонителя, определяют азимут скважины как угол между направлением на Nord и апсидальной плоскостью в точке измерения, отсчитываемый по часовой стрелке.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >